[发明专利]薄膜芯片气体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气体传感器及其制备方法领域，特别是一种薄膜芯片气体传感器及其制备方法。

背景技术

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，目前已有的气体传感器种类繁多，按所用气敏材料及其气敏特性不同，可分为半导体式、固体电解质式、电化学式、接触燃烧式等。

1、 半导体气体传感器

这种传感器在气体传感器中约占60%。按照其机理可分为电阻式和非电阻式两种。电阻式采用SnO₂、ZnO等金属氧化物材料制备，有多孔烧结件、 厚膜、 薄膜等形式。主要是通过检测气敏元件的电阻随气体含量的变化情况而定的，主要使用金属氧化物陶瓷气敏材料。非电阻式半导体气体传感器是利用气敏元件的电流与电压随气体含量变化而工作的。

2、 固体电解质气体传感器

这种传感器元件为离子对固体电解质隔膜传导。其机理是利用隔膜两侧两个电池之间的电位差等于浓差电池的电势。通过测量电动势来测量气体浓度，如可以测量H₂S的YST-Au-WO₃、测量NH₃的NH+4CaCO₃等。

3、 接触燃烧式气体传感器

这种气体传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作原理是：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧，产生的热量使传感器的电热丝升温，从而使其电阻值产生变化，通过测量电阻变化来测量气体的浓度。这种传感器只能测量可燃气体，对不可燃其他不敏感。

虽然目前已有的气体传感器种类繁多、原理各不相同，但每种类型的传感器都只能对特定气体有效，而且传感器的选择性与适用范围不能兼顾，即如果选择性好的话，则可探测的气体种类少，如果可探测的气体种类多的话，则选择性不高。

发明内容

基于传统气体传感器的上述缺点，以及针对目前各种气体传感器均无法探测气体，人们期望能构造一种新的传感器件予以解决。本发明的目的就是为解决上述问题提出的一种薄膜芯片气体传感器及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的构思是：本发明的薄膜芯片气体传感器包括1）一块衬底材料，在衬底的表面首先镀上底电极，再镀有薄层半导体材料，再镀有无序型金属膜系，最后镀上点电极；2）将整个结构置于一个封闭的样品室中；3）当气体通过样品室，在贵金属系作为催化剂的作用下，发生催化化学反应，放出的热量激发金属中的电子越过金属和半导体的界面形成电流；4）利用电流计检测电流信号，利用检测电流信号的大小以及相对变化来实现某种气体以及含量的检测。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种薄膜芯片气体传感器，包括一块衬底，衬底上有一个底电极，在衬底和底电极上有一层半导体材料薄层，半导体材料薄层上有一层无序型金属膜系，在该无序型金属膜系上有点电极；所述底电极和点电极由导线引出而外接电流计；将所述结构安置在一个单开口的封闭盒子内。

一种薄膜芯片气体传感器制备方法，用于制备上述传感器芯片，制备一块衬底材料，在该衬底材料的表面首先镀上底电极，再镀半导体材料薄层，再镀有无序型金属膜系，最后镀上点电极，将整个结构置于一个单开口的封闭的盒子中；应用于检测气体时，当气体通过封闭盒子，在贵金属系作为催化剂的作用下，发生催化化学反应，放出的热量激发金属中的电子越过金属和半导体的界面形成电流；利用电流计检测电流信号，利用检测电流信号的大小以及相对变化来实现对气体及其含量的检测。